Процессор

Процессор представляет собой важнейшее устройство ЗВМ, которое используется для непосредственной реализации программы и управления взаимодействием всех других компонентов ЭВМ. Обобщенная структурная схема процессора приведена на рис. 3.5‑1.

Рис. 3.5‑1

Приведенная схема включает:

- БС - блок синхронизации;

- РК - регистр текущей команды выполняемой программы;

- СчАК - счетчик адреса команды;

- АЛУ - арифметико-логическое устройство;

- БР - блок регистров;

- Таймер - средство для измерения временных интервалов;

- ФИА - формирователь исполнительного адреса;

- Интерфейс - средства связи с другими компонентами ЭВМ;

- БУИ - блок управления интерфейсом, обеспечивающий управление обменом информации через интерфейс.

Блок синхронизации формирует серии синхросигналов, отличающихся по частоте и фазе. На рис. 3.5‑2 приведен пример временной диаграммы синхросигналов, вырабатываемых блоком синхронизации.

СС - синхросигналы основной частоты. Частота этих сигналов может измеряться десятками, сотнями МГц.

СС1 - синхросигналы той же основной частоты, но сдвинутые по фазе на пол периода.

СС2, СС3 - синхросигналы с частотой, в два раза меньшей, чем частота сигналов СС; между собой они отличаются различной длительностью сигналов.

Рис. 3.5‑2

СС4, СС5, СС6, СС7- синхросигналы с частотой, в четыре раза меньшей основной; между собой они отличаются сдвигам по фазе на одну четвертую своего периода.

Синхросигналы различной частоты, как правило, формируются за счет деления основной частоты с помощью счетчиков, при этом сдвиг по фазе можно обеспечить за счет установки различных начальных значений в этих счетчиках.

Счетчик адреса команды представляет собой счетчик, в котором устанавливается адрес текущей выполняемой команды, увеличенный на «1», если длина команды равна разрядности ячейки памяти, или в общем случае на «L», где «L» - длина текущей выполняемой команды. Таким образом, в счетчике заблаговременно формируется адрес следующей команды, если при выполнении текущей команды не будет организовано ветвление.

Таймер представляет собой один или несколько счетчиков, которые можно использовать для хранометрирования. Например, можно измерять затраты времени на выполнение некоторой процедуры - в начале измерения в счетчик записывается нулевое значение и в течение всего измеряемого временного интервала на его счетный вход подаются синхросигналы с известным периодом; по завершению процедуры в счетчике будет находиться число, соответствующие периоду времени, в течение которого на его вход поступали сигналы «+1». С помощью таймера можно определять моменты истечения заданного интервала времени (например, периода регенерации запоминающего устройства). В этом случае в счетчик устанавливается число, соответствующее заданному периоду времени и на его счетный вход начинают подавать синхросигналы в режиме обратного счета. Обнуление счетчика соответствует моменту истечения заданного периода.

Блок центрального управления в зависимости от поступающего на него из регистра команды кода выполняемой операции (коп) и множества сигналов Х, характеризующих состояние других блоков процессора, вырабатывает множество сигналов Y, управляющих работой всех других блоков. Как правило, блок центрального управления строится на микропрограммном принципе.

Регистр команды используется для хранения кода выполняемой команды, и его организация зависит от форматов используемых команд. При реализации алгоритма обработки информации с помощью программы, текущая выполняемая команда, в общем случае, должны нести информацию о двух операндах, месторасположении результата и следующей команды. Задать всю эту информацию в едином формате команды затруднительно, тем более что для обеспечения ветвления необходимо иметь информацию о двух возможных путях продолжения обработки. Поэтому так же, как и в случае микропрограммирования, используется, по крайней мере, два типа команд:

- операционные микрокоманды;

- микрокоманды перехода.

Команды перехода для организации ветвления в явной форме задают адрес одного из двух возможных продолжений. В качестве второго продолжения используется команда, расположенная в следующем после текущей выполняемой команды адресе памяти.

В операционных командах, при неявном задании адреса следующей команды, требуется определить только адреса двух операндов и результата. Однако трехадресные команды практически не используют из-за слишком большой длины. На практике используются или одноадресные, или двухадресные команды. В двухадресных командах в явной форме задаются адреса двух операндов, а для размещения результата используется адрес одного из операндов. В одноадресных командах второй адрес определяется самим типом команды (как правило, в этом случае в качестве второго адреса используется номер одного из регистров блока регистров).

Адреса в команде могут задавать или локацию в памяти, или один из регистров блока регистров. В этой связи двухадресные команды могут быть следующих типов:

- «память - память» - оба адреса команды относятся к памяти;

- «память – регистр» - один адрес команды относится к памяти, другой представляет собой номер регистра в блоке регистров;

- «регистр- регистр» - оба адреса в команде задают номера регистров.

Номер регистра имеет меньшую длину, чем адрес в памяти, поэтому меньшую длину из приведенных типов имеет команда «регистр-регистр».

- На рис. 3.5‑3 приведен формат команды, который включает три поля:

- к о п - поле, определяющее код операции, реализуемой с помощью данной команды;

- адрес - поле, в котором имеется информация, определяющая адрес (или адреса) операндов и результата;

- модификатор - поле, которое уточняет операцию, задаваемую полем «коп»; это поле может задавать тип адресации, регистры, используемые по умолчанию, длину команды.

Рис. 3.5‑3

В командах используется следующие типы задания операндов:

- непосредственное задание операнда;

- прямая адресация;

- косвенная адресация;

- базовая адресация;

- индексная адресация.

Непосредственное задание операнда предполагает размещение операнда непосредственно в самой команде. В этом случае при выполнении команды не нужно тратить время для извлечения операнда из памяти. Применяется только тогда, когда операндом является константа.

Прямая адресация - это самый очевидные способ адресации; в этом случае в команде находится код адреса размещения операнда в памяти. При такой адресации затруднительно решать проблему перемещаемости программы в памяти.

Косвенная адресация характеризуется тем, что в команде записывается адрес размещения в памяти адреса операнда. При таком способе адресации для получения операнда необходимо дважды обратиться к памяти:

- при первом обращении, используя адрес, заданный в команде, из памяти читается адрес операнда;

- при втором обращении, используя адрес, полученный при первом чтении, из памяти читается сам операнд.

Данный способ адресации требует больших затрат времени для получения операнда, но при такой адресации облегчается решение задачи перемещаемости программы в памяти - после расположения программы в памяти в ячейку, на которую указывает адрес в команде, записывается адрес текущего положения операнда в памяти.

Базовая адресация характеризуется тем, что исполнительный адрес, т.е. адрес который непосредственно передается в память для записи или чтения, формируется за счет сложения из двух компонент - базы и смещения. На рис. 3.5‑4. приведена схема, иллюстрирующая этот принцип.

Рис. 3.5‑4

Поля B и D в адресной части команды определяют соответственно базу и смещения формируемого исполнительного адреса. В приведенном примере в поле «В» записан номер «i» регистра в регистровой памяти. Исполнительный адрес А_И для обращения к одной из ячеек памяти формируется за счет суммирования содержимого заданного регистра «i» и содержимого поля D.

Адрес памяти А_Б соответствует значению в базовом регистра, а отклонение (смещение) исполнительного адреса от А_Б составляет «S», которое равно значению кода смещения в поле «D». Номер регистра, где хранится база, может задаваться неявно: данной команде по умолчанию может быть приписывается один из регистров, куда предварительно помещается значение базы.

Данный вид адресации удобен при обеспечении перемещаемости программ в памяти.

Индексная адресация предполагает формирования адреса на основании адреса предыдущей команды путем его модификации на «1», при этом может быть использована два режима индексации:

- инкрементный - модификация выполняется на «+1»;

- декрементный - модификация выполняется на «-1».

Данный вид адресации удобен при однотипной обработке элементов матрицы.

Дата добавления: 2014-01-07